干燥方式对再生纤维素膜结构与性能的影响

2019-10-09 13:29 admin

纤维素作为自然界储备丰富的一种天然可再生资源, 具有优异的稳定性、安全性以及生物相容性, 在医药、纺织、食品、造纸以及薄膜制造等领域应用广泛[1,2]

再生纤维素是以天然纤维素为原料制备成纤维素溶液或纤维素衍生物而再生出的纤维素。天然纤维素经过再生后, 结晶度、强度、硬度、模量及热稳定性等均有所降低, 这不仅与再生纤维素的制备过程有关, 其干燥处理过程对再生纤维素的结构和性能也有重要影响。纤维素是以葡萄糖单元通过苷键连接成的高聚物, 每个单元上有3个羟基, 研究表明, 纤维素上游离的羟基对水分有强吸附力[3], 因此纤维素的干燥对其性能、后续加工及使用都有重要的影响。

本研究分别采用室温晾干、冷冻干燥、真空干燥和烘箱干燥等4种方式对纤维素膜进行干燥, 研究干燥方式对再生纤维素膜结构和性能的影响。

1实验部分

1.1原料

纸浆粕 (聚合度500) , 福建省南平南纸有限责任公司;N-甲基咪唑, 上海沃凯化学试剂有限公司;1-氯丁烷、乙酸乙酯, 均为分析纯, 国药集团化学试剂有限公司。

1.2离子液体制备

将N-甲基咪唑和1-氯丁烷按摩尔配合比1∶1.2投入三口烧瓶中, 放在磁力搅拌器 (DF-101SZ型, 巩义市科瑞仪器有限公司) 中温度加热至90℃, 以500r/min进行搅拌。上口通冷凝管, 用冷自来水以缓慢的水速冷却将要蒸发的试剂, 充分反应24h以后, 将所得粗产物用乙酸乙酯洗涤3次去除未反应物, 再用旋转蒸发器 (RE52-4型, 上海沪西分析仪器有限公司) 将离子液体进行旋蒸, 进一步提纯离子液体, 即制得淡黄色透明黏稠状的离子液体。

1.3纤维素膜制备

把纤维素浆纸撕成边长约4cm的小块, 放适量于高速粉碎机 (YF-103B型, 瑞安永利制药机械有限公司) 中进行粉碎5min, 得到絮状粉末。将离子液体加热至80℃, 投入5% (wt, 质量分数, 下同) 的纸浆纤维素, 机械搅拌至纤维素完全溶解于溶剂中, 得到透明纤维素溶液。静置脱泡后将纤维素溶液在玻璃板上铺膜, 再浸入蒸馏水中固化成型。最后将制得的膜分别通过以下干燥方式进行干燥, (1) 室温晾干:采用恒温恒湿箱 (HWS-080型, 上海精宏实验有限公司) , 温度21℃, 湿度65%; (2) 冷冻干燥:采用冷冻干燥机 (FD-1A-80型, 北京博医康实验仪器有限公司) , 温度-50℃; (3) 真空干燥:采用真空干燥机 (DZF-6090型, 上海一恒科学仪器有限公司) , 温度60℃; (4) 烘箱干燥:采用电热鼓风干燥箱 (GZX-9140 MBE型, 上海博讯实业有限公司医疗设备厂) , 温度60℃。

1.4样品测试

采用扫描电子显微镜 (SEM, HITACHI S-4800型, 日本日立公司) 对样品的形貌进行观察。采用X射线衍射仪 (XRD, D8Advance型, 德国布鲁克公司) 测试4种纤维素膜的结晶结构。采用热重分析仪[TGA/SDTA 851e型, 梅特勒-托利多仪器 (上海) 有限公司]对样品进行热性能测试, 氮气流速10mL/min, 升温范围30~600℃, 升温速度20℃/min。采用微机控制电子万能试验机 (KD-005型, 深圳市凯强利实验仪器有限公司) 对样品的力学性能进行测试, 将纤维素膜剪裁成1.0cm×10cm×2mm的长条, 夹持距离为2cm, 拉伸速度为20mm/min。